(57)【要約】【課題】「画像流れ」や「トナーフィルミング」の発生を抑えて高質画像を安定的に得ることができるクリーニング装置を提供すること。【解決手段】像担持体（被クリーニング部材）１を摺擦することでクリーニングするファーブラシ（ブラシ）２０を有するクリーニング装置において、前記ファーブラシ２０の毛体（毛）２０ａの先端部の接線が前記像担持体１との接触部に対して傾斜して侵入しており、前記ファーブラシ２０の傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ファーブラシ２０と前記像担持体１が接触部において相対速度差を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、
前記ブラシの毛の先端部の接線が前記被クリーニング部材との接触部に対して傾斜して侵入しており、前記ブラシの傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ブラシと前記被クリーニング部材が接触部において相対速度差を有していることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、
前記ブラシの先端がブラシの移動方向下流側に傾斜しており、前記ブラシと前記被クリーニング部材が同方向に回転することを特徴とするクリーニング装置。
【請求項３】
被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、
前記ブラシの先端がブラシの移動方向上流側に傾斜しており、前記ブラシと前記被クリーニング部材が互いに逆方向に回転しており、前記ブラシより前記被クリーニング部材の周速度が大きいことを特徴とするクリーニング装置。
【請求項４】
前記ブラシの前記被クリーニング部材への侵入角度が４０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のクリーニング装置。
【請求項５】
被クリーニング部材に対して回転摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、
前記ブラシの毛は、ブラシの先端の移動方向が前記ブラシの先端部の接線方向に対して傾斜しており、前記ブラシの傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ブラシと前記被クリーニング部材の接触部において相対速度差を有していることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項６】
前記ブラシの毛の移動方向と、前記ブラシの毛の接線方向とのなす角θが４０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項５記載のクリーニング装置。
【請求項７】
前記被クリーニング部材のビッカース硬度が４５以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のクリーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単色、カラーに関わらず、アナログ及びデジタル複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に備えられるクリーニング装置に関するものである。
画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、感光体ドラムや感光体ベルト等の像担持体を使用し、この像担持体を回転させながら静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーにより現像し、得られたトナー像を転写材等のシート材に転写する工程を繰り返すことによって所望の画像を得る画像形成装置においては、１つの画像形成工程終了後、像担持体表面に残留したトナー及びその他の付着物を除去する必要がある。
【０００３】
像担持体上の残留トナー及びその他の付着物を除去するクリーニング手段として、弾性を有するクリーニングブレードを像担持体に当接させる方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上記方法においては、「画像流れ」や「トナーフィルミング」等の問題が発生する。ここで、「画像流れ」とは、帯電器等から発生する放電生成物等の付着物が像担持体上に付着することによって、朝一番の使用に際して画像が流れてしまう現象である。又、「トナーフィルミング」とは、像担持体上にトナー若しくはトナー中の成分が付着・成長し、不良画像が発生するという現象である。
【０００５】
上記問題への対策として、クリーニングブレードの硬度を硬くしたり、クリーニングブレードの圧を上げたりすることにより、像担持体上に付着した放電生成物等やトナー若しくはトナー中の成分等の付着物を掻き落す方法が知られている。
【０００６】
しかし、上記方法では、クリーニングブレードと像担持体との間に発生する負荷が上がり、クリーニングブレードが捲れたり、クリーニングブレードの微小な振動が発生したりして、トナー等がクリーニングブレードのニップ部をすり抜ける等のために別の不良画像が発生する。
【０００７】
そこで、このクリーニングブレードの先端当接位置よりも像担持体移動方向上流側にファーブラシを配置し、このファーブラシを像担持体の外周面に圧接することにより、ファーブラシが像担持体表面を摺擦し、帯電器等から発生する放電生成物等やトナー若しくはトナー中の成分等の付着物を除去する方法が提案されている。これによれば、クリーニングブレードの圧や硬度を上げなくて済むため、クリーニングブレードが捲れたり、びびったりせず、画像流れやトナーフィルミングの問題を解決することができる。
【０００８】
ところで、ファーブラシの構成としては、ファーブラシの毛が該ファーブラシの回転方向と逆方向に傾斜しているものがある（特許文献２参照）。又、その逆で、ファーブラシの毛が該ファーブラシの回転方向と同方向に傾斜しているものもある（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平０１−９３７６２号公報
【特許文献２】実開昭６４−４３３７３号公報
【特許文献３】特公平０１−３１６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ファーブラシは、その毛の傾斜方向に対して表１に示す特性を有している。この表は、前記ブラシと像担持体との接触部における、前記ブラシの前記像担持体に対する相対速度が、前記ブラシの回転方向を正とした場合、正である場合の評価である。又逆に、前記ブラシと像担持体との接触部における、前記ブラシの接触部から見た前記像担持体の接触部の相対速度が負である場合、摺擦力、寿命の評価は、ファーブラシの回転方向に対する毛の傾斜方向が同方向と逆方向で評価が入れ替わる。
【００１１】
【表１】
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尚、表１中の○は良、△は可、×は不可をそれぞれ示す。
【００１２】
表１に示すように、ファーブラシの毛の傾斜方向が回転方向に対して逆方向である場合、ファーブラシの毛が像担持体を撫でる傾向があり、余り摺擦力が得られない。又、同方向に毛が傾斜している場合は、ファーブラシの毛が像担持体を掘る傾向があり、逆方向に対して摺擦力が得られる。
【００１３】
しかし、ファーブラシが初期の状態であれば、上記特性が得られるが、耐久が進むに従ってその特性は薄れていき、「画像流れ」や「トナーフィルミング」等の問題が発生する。この原因として、以下の２つの要因が考えられる。
【００１４】
１つは像担持体とファーブラシとが摺擦し合うことにより、ファーブラシの毛先が磨耗したり、毛が倒れたりしてファーブラシの像担持体に対する押圧力が弱まり、ファーブラシの像担持体への摺擦力が弱まることによるものである。
【００１５】
もう１つは、初期からファーブラシの像担持体への摺擦力が弱いために、像担持体表面のリフレッシュ効果が像担持体への付着量を下回り、像担持体に放電生成物等やトナー若しくはトナー中の成分等の付着物が蓄積していくことによるものである。
【００１６】
特に、これらの原因は、高寿命を狙った硬い像担持体（ビッカース硬度４５以上）に対して顕著に現れる。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、「画像流れ」や「トナーフィルミング」の発生を抑えて高質画像を安定的に得ることができるクリーニング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、前記ブラシの毛の先端部の接線が前記被クリーニング部材との接触部に対して傾斜して侵入しており、前記ブラシの傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ブラシと前記被クリーニング部材が接触部において相対速度差を有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の発明は、被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、前記ブラシの先端がブラシの移動方向下流側に傾斜しており、前記ブラシと前記被クリーニング部材が同方向に回転することを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明は、被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、前記ブラシの先端がブラシの移動方向上流側に傾斜しており、前記ブラシと前記被クリーニング部材が互いに逆方向に回転しており、前記ブラシより前記被クリーニング部材の周速度が大きいことを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記ブラシの前記被クリーニング部材への侵入角度が４０°以上６０°以下であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、被クリーニング部材に対して回転摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、前記ブラシの毛は、ブラシの先端の移動方向が前記ブラシの先端部の接線方向に対して傾斜しており、前記ブラシの傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ブラシと前記被クリーニング部材の接触部において相対速度差を有していることを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ブラシの毛の移動方向と、前記ブラシの毛の接線方向とのなす角θが４０°以上６０°以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記被クリーニング部材のビッカース硬度が４５以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、被クリーニング部材を摺擦することでクリーニングするブラシを有するクリーニング装置において、前記ブラシの毛の先端部の接線が前記被クリーニング部材との接触部に対して傾斜して侵入しており、前記ブラシの傾斜方向に対して、カウンター方向に摺擦するように前記ブラシと前記被クリーニング部材が接触部において相対速度差を有しているため、ブラシの被クリーニング部材への摺擦力を高めることができる。
【００２６】
又、ブラシの毛の被クリーニング部材に対する侵入角度を、被クリーニング部材の外周面の接線方向に対して４０〜６０°の範囲に設定すれば、ブラシの経時的な劣化を防ぐことができ、ブラシの状態が初期の状態と機能を維持し、ブラシの被クリーニング部材に対する摺擦力の低下を防ぐことが確認された。
【００２７】
更に、ブラシの被クリーニング部材への摺擦力が強いために、ブラシによる掻き取り量が被クリーニング部材への付着量を上回り、被クリーニング部材表面がリフレッシュされることも確認された。
【００２８】
従って、本発明によれば、「画像流れ」や「トナーフィルミング」の発生を抑えて高質画像を安定的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、本発明は、装置の形に限らず、実施の形態の説明に裏付けられて方法の形で実施することができる。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図１はファーブラシの概略図、図２は同ファーブラシを備えたクリーニング装置の概略図、図３は同クリーニング装置を備えた画像形成装置の概略断面図である。
【００３１】
図３に示す画像形成装置において、本体の上部には、情報提供源である原稿３０の画像情報を読み取るための画像読取機構が配置されている。
【００３２】
即ち、不図示のプラテンガラス上に画像面を下向きに載置された原稿３０を照射する光源３１の反射光は、ミラー５ａ，５ｂ，５ｃから反射された後、画像読取素子及び制御用のＣＰＵを経て画像変調されたデジタル画像信号となる。
【００３３】
次に、前記デジタル画像信号は、レーザ光３５として像担持体１の外周面の帯電部位に照射され、これによって像担持体１の前記帯電部位に静電潜像が形成される。
【００３４】
像担持体１は、その上方に配置された一次帯電器３によって外周面が一様に帯電された後、前記レーザ光３５が照射されることにより、その外周面の帯電部位に静電潜像が形成される。そして、静電潜像は、現像装置４に収容された現像剤であるトナーによってトナー像として現像される。
【００３５】
次に、像担持体１の外周面に形成されたトナー像が転写帯電器７により記録媒体Ｐに転写された後、前記記録媒体Ｐが像担持体１の外周面から分離され、分離された記録媒体Ｐは、搬送ベルト４５によって定着装置９へと搬送される。
【００３６】
定着装置９に搬送された記録媒体Ｐは、定着装置９からの熱供給及び圧力付与によりトナー像の定着処理が施された後、機外の排紙トレイ４６上に排出される。
【００３７】
尚、転写処理後における像担持体１の外周面は、クリーニング装置８により残留物の除去等のクリーニングが施された後、次の静電潜像形成に備えられる。
【００３８】
一方、紙及び合成樹脂等で構成された記録媒体Ｐ（以下、本実施形態にあっては、記録媒体Ｐが紙で構成される場合について説明する）は、画像形成装置本体の下部にて取り外し自在に配置された上下２段のカセット４１，４１から給紙ローラ対４２，４２により選択的に給紙された後、給紙ローラ対４２，４２から記録媒体搬送方向下流側に配置されたレジストローラ対４３へと搬送される。
【００３９】
そして、レジストローラ対４３に搬送された記録媒体Ｐは、像担持体１の回転に同期して、像担持体１及び転写帯電器７の間に形成された転写空間に搬送され、前述のように転写処理及び定着処理が施された後、排紙トレイ４６上に排出される。
【００４０】
次に、前記クリーニング装置８を図２に基づいて説明する。
【００４１】
クリーニング装置８は、図示矢印Ｘ方向（時計方向）に回転駆動される像担持体１に隣接して配置されている。このクリーニング装置８には、像担持体１の表面に対して周速比１１０％で順方向（図示矢印Ｙ方向（反時計方向））に回転しながら接して像担持体１の表面に残留したトナーやタルク等の異物を除去するためのファーブラシ２０と、このファーブラシ２０の先端に接触してファーブラシ２０に付着したトナー等をはたき落とすためのスクレーパ２１と、像担持体１の表面を摺擦して該像担持体１の表面に残留したトナーやタルク等の異物を除去するためのクリーニングブレード２２と、ファーブラシ２０とクリーニングブレード２２により像担持体１の表面から除去されたトナー等を不図示の廃トナー収容部に回収するためのトナー搬送スクリュー２３等が設けられている。尚、像担持体１の外径はφ８４ｍｍである。
【００４２】
ここで、図１にファーブラシ２０の概略図を示す。
【００４３】
本実施の形態においては、ファーブラシ２０は、その毛体２０ａの長さが５ｍｍ、太さが６ｄ、密度が５０ｋＦに設定されている。尚、ファーブラシ２０の毛体２０ａの材質としては、ナイロン、アラミド、導電性レーヨン等の材料が選定されるが、本実施の形態においては、アクリルを用いている。
【００４４】
ファーブラシ２０は、回転軸２０ｂと、ファーブラシ毛体２０ａと、ファーブラシ毛体２０ａを植毛・接着した不図示の接着剤層とから構成されている。ここで、ファーブラシ毛体２０ａは、ファーブラシ２０の回転方向（図示矢印Ｙ方向）と同じ方向に傾斜しており、そのファーブラシ毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αは、像担持体１の外周面の接線方向に対して４０°〜６０°の範囲に設定されている。
【００４５】
ここで、侵入角度αは以下のように定義される。
【００４６】
即ち、ファーブラシ２０を回転させたとき、該ファーブラシ２０の先端が仮想的に配置した像担持体１の表面に初めて侵入する位置での像担持体１表面の接線とファーブラシ２０の先端の接線のなす角度を侵入角度αと定義する。ここで、ファーブラシ２０は直線でも曲率を有していても良い。
【００４７】
図６はファーブラシ２０の断面を示したものであり、ファーブラシ２０の先端部Ｐにおけるファーブラシ２０先端の接線と、ファーブラシ２０先端の移動方向（ファーブラシ２０の先端で形成される外周円の点Ｐでの接線）のなす角θが４０°〜６０°の範囲に設定されている。又、侵入量λは０．７ｍｍである。ここで、侵入量λとはファーブラシ２０の外径と像担持体１の外径の和からファーブラシ２０の中心と像担持体１の中心間距離を引いた値である。本実施の形態では、侵入量λを固定して、ファーブラシ２０の毛体２０ａの傾斜角度β（ファーブラシ２０の回転軸２０ｂの法線方向とファーブラシ２０のなす角）を変化させることで侵入角度αを変化させた（図６参照）。
【００４８】
又、ファーブラシ２０の製造方法としては、例えば実開昭６４−４３３７３号公報に記載された公知の製造方法等を挙げることができる。
【００４９】
図４にファーブラシ２０の劣化の１つの指標としてのファーブラシ２０の外径（ｍｍ）と空回転時間（時間）との関係を示す。このとき用いたファーブラシ２０は、その毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αをそれぞれ３０°，４０°，５０°，６０°，７０°に設定したものであり、各毛体２０ａの材質、太さ、長さ、密度は共に同じである。そして、トナーを用いず、像担持体１にファーブラシ２０を当接させて空回転耐久を行い、その後、ファーブラシ２０の外径を測定した。
【００５０】
この結果、ファーブラシ２０の毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αが５０°付近を境に（図４の実線ａ参照）、侵入角度αが大きくなるに従い、又、小さくなるに従い、同じようにファーブラシ２０の外径が小さくなる傾向にある（図４の破線ｂ及び一点鎖線ｃ参照）。これは、像担持体１に対する侵入角度αを４０°以下に設定したファーブラシ２０の場合、ファーブラシ２０の毛体２０の先端が像担持体１に当たった際、毛体２０ａが像担持体１を撫でる方向に向いてしまい、更に、その毛体２０ａの先端が像担持体１に当たる回数が増えるに連れてファーブラシ２０の外径が小さくなっていくためである。
【００５１】
又、像担持体１に対する侵入角度αを６０°以上に設定したファーブラシ２０の場合、ファーブラシ２０の毛体２０ａが像担持体１に当たった際の負荷が大きくなり、その毛体２０ａの先端が摩耗してファーブラシ２０の外径が小さくなるためである。
【００５２】
像担持体１に対する侵入角度αを５０°に設定したファーブラシ２０の場合、ファーブラシ２０の毛体２０ａの先端が像担持体１に当たった際の負荷が小さく抑えられ、更に、その毛体２０ａの先端が像担持体１を撫でる方向に向きづらいため、ファーブラシ２０の外径は余り変化しない。
【００５３】
図５に像担持体１の膜厚（μｍ）と空回転時間（時間）との関係を示す。
【００５４】
条件としては前記と同様、ファーブラシ２０は、その毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αをそれぞれ３０°，４０°，５０°，６０°，７０°に設定したものであり、各毛体２０ａの材質、太さ、長さ、密度は共に同じである。そして、トナーを用いず、像担持体１にファーブラシ２０を当接させて空回転耐久を行い、その後、像担持体１の膜厚を測定した。
【００５５】
毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αを４０°以下に設定したファーブラシ２０の場合、図５に鎖線ｂにて示すように、耐久初期では、ファーブラシ２０が像担持体１に対して摺擦するために像担持体１の膜厚が多少変化（減少）するが、ファーブラシ２０の毛体２０ａがすぐに像担持体１を撫でる方向に向いてしまうため、耐久時間が進んでも、像担持体１の膜厚は殆ど変化しなくなる。これは、侵入角度αが小さければ小さいほど顕著となる（図５の破線ａ参照）。
【００５６】
像担持体１に対する侵入角度αを６０°以上に設定したファーブラシ２０の場合、耐久初期では、像担持体１の膜厚の変化（減少）がかなり大きい（図５の一点鎖線ｄ及び二点鎖線ｅ参照）。しかし、耐久が進むに連れて、ファーブラシ２０の毛体２０ａの先端が摩耗してしまい、ファーブラシ２０の外径が小さくなってしまって、その後、像担持体１の膜厚は殆ど変化しなくなる。これは、侵入角度αを大きくすればするほど顕著となり、侵入角度αが大きくなれば、像担持体１の初期での膜厚の変化は大きくなるが、この状態は短期間で、その後、耐久が進むに連れて像担持体１の膜厚の変化は小さくなる。
【００５７】
しかし、像担持体１に対する侵入角度αを５０°に設定したファーブラシ２０の場合、耐久初期では、像担持体１に対する侵入角度αを６０°に設定したファーブラシ２０での像担持体１の膜厚の変化より少し劣るが、耐久が進むに連れてファーブラシ２０の毛体２０ａ毛先２０ａが像担持体１を撫でる方向に向きづらく、且つ、像担持体１に当たった際の負荷も小さいため、毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αを６０°に設定したファーブラシ２０での像担持体１の膜厚の変化よりも大きくなる（図５の実線ｃ参照）。
【００５８】
上記のことをまとめると表２に示すような結果となった。
【００５９】
【表２】
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ファーブラシ２０の毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αが小さいと、像担持体１の表面をファーブラシ２０の毛体２０ａの先端が撫ででしまい、耐久初期から、像担持体１への摺擦力が弱い。また逆に、ファーブラシ２０の毛体２０ａの像担持体１に対する侵入角度αが大きいと、耐久初期の摺擦力は強いが、像担持体１に当たった際のファーブラシ２０への負荷が大きくなり、ファーブラシ２０の毛体２０ａの先端が摩耗していくため、耐久が進むに連れて像担持体１への摺擦力が早く弱まっていく。このため、「画像流れ」や「トナーフィルミング」が発生してしまう。
【００６０】
そこで、ファーブラシ２０の毛体２０ａの侵入角度αが像担持体１の外周面の接線方向に対して４０〜６０°の範囲で傾斜していれば、ファーブラシ２０の劣化が緩和され、ファーブラシ２０の像担持体１に対する押圧力が長期に亘って弱まることがないため、「画像流れ」や「トナーフィルミング」の発生を抑えることができる。
【００６１】
これらの結果は、高寿命を狙った硬い像担持体（ビッカース硬度４５以上）に対して顕著に現れる。ここで、ビッカース硬度とは、正四角錐のダイヤモンド製圧子を用い、試験面に窪みを付けたときの荷重を、荷重を抜いた後に残った永久窪みの対角線の長さから求めた窪みの表面積で割った値で、Ｆｉｓｃｈｅｒ製のフィッシャースコープ（Ｒ）Ｈ１００Ｃにビッカース圧子を取り付けて測定を行い、値を求めた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、単色、カラーに関わらず、アナログ及びデジタル複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に備えられるクリーニング装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るクリーニング装置のファーブラシの概略図である。
【図２】本発明に係るクリーニング装置の概略図である。
【図３】本発明に係るクリーニング装置を備える画像形成装置の概略断面図である。
【図４】ファーブラシの外径と空回転時間との関係を示す図である。
【図５】像担持体の膜厚と空回転時間との関係を示す図である。
【図６】ファーブラシの断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    像担持体
３    一次帯電器
４    現像装置
５ａ，５ｂ，５ｃ  ミラー
７    転写帯電器
８    クリーニング装置（クリーニング手段）
９    定着装置
２０  ファーブラシ
２０ａ  毛体
２０ｂ  回転軸
２１  スクレーパ
２２  クリーニングブレード
２３  トナー搬送スクリュー
３０  原稿
３１  光源
３５  レーザ光
４１  カセット
４２  給紙ローラ対
４３  レジストローラ対
４５  搬送ベルト
４６  排紙トレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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